我曾发过图集地球究竟有多大?与天外众星对比,仿佛宇宙中的尘埃,不少同学很感兴趣,针对各行星卫星的大小特点在评论区展开了讨论。
的确,太阳系中形态各异的卫星,大小不一,森罗万象。正所谓,一花一世界,一叶一菩提。也许,佛陀在冥想中,曾瞥见洪荒宇宙众多星辰上的不同景象,才创作出了诸如“大千世界”这般超凡脱俗的词汇。
让我们一同前行,探访太阳系中各大行星的卫星,了解地球之外,还存在着怎样的奇特世界。
水星和金星
我们首先来看水星和金星。这兄弟俩位于太阳系内层,很孤独,没有卫星。
太阳系内层行星——金星和水星水星太小,直径为千米,仅是地球的38%。它没有卫星还可以理解,为什么金星大小和地球相近,也没有卫星呢?要解释这个问题,需要先了解几个概念——希尔球、洛希极限和同步轨道。
希尔球,环绕在行星周围的区域,超出这个空间范围的天体,将脱离行星的控制,无法形成卫星。洛希极限,卫星和行星的最小距离,一旦越过该极限,卫星将会被潮汐力撕碎。
进入土星洛希极限,被撕碎的冰质卫星同步轨道,即我们认知中,人造同步卫星的运行轨道。在这个轨道上,卫星的公转周期等于行星的自转周期。上面的概念对应了三个距离,为了方便下文分析,贴出公式,其中洛希极限公式适用于刚性固态星球。
公式描述众所周知,比起地球,金星和水星距离太阳更近。根据第一个公式,a越小,希尔球半径就越小。
再者,水星自转一周时间是58.6个地球日,而金星需要天。根据第三个公式,行星自转越慢,角速度越小,其卫星的同步轨道越高。
将水星和金星的物理参数,代入上面的公式(此处免去计算过程),可得到以下结论。
如果卫星位于行星的希尔球半径之内,它将远低于卫星同步轨道,最终超过洛希极限,被撕成碎片,坠落到行星表面;如果卫星在行星同步轨道上,它将远超希尔球半径,最终逃逸到外太空。
太阳系内层行星示意图综上,45亿年的时光中,水星和金星孤独地运行着,没有伴侣。
地球
地球的卫星月球,直径千米,是地球的27.2%,对于一颗天然卫星来说,这个尺寸是很大的。很多人认为,它来自于30多亿年,一颗火星大小的行星与地球发生的惊天碰撞。今天,月亮距离地球约38万千米,且已经被地球潮汐锁定,永远只有一面朝向地球。
地月系火星
地球外侧的红色星球,火星,直径为千米。大小只有地球一半。它的轨道半长轴为约为1.52个天文单位(1个天文单位,即地球到太阳的平均距离,约1.5亿千米),因此火星的希尔球半径够大;同时,火星自转一周仅24.6小时,这使得火星的同步轨道半径远高于其洛希极限。因此,火星可以坐拥两颗卫星。
火星落日下的山脉火卫一,phobos,形状不规则,直径约为10千米,很像一个土豆。它环绕火星一周只需要7小时59分,距离火星平均距离为千米,远低于火星的同步轨道半径。
因此,火卫一在运动中不断加速,轨道也越来越低。最终,它会进入火星的洛希极限范围,被撕扯成碎片,很有可能形成行星环。
火星与火卫一火卫二,Deimos,直径大致为12.6千米,距离火星2.35万千米,形状很像一个大饺子。
火星与火卫二可见,火星的两颗卫星由于质量小,并不能克服固体引力,无法达到流体静力平衡状态,没有成为球体。直到今天,它们依旧是两颗不规则形状的小行星。
小行星带
在火星外侧,是小行星带。其中分布着一颗矮行星——谷神星,和三颗较大的小行星,智神星、婚神星和灶神星。由于他们都不是卫星,我们简单看看他们的轮廓以及大小即可。
小行星带中的主要天体木星
木星,太阳系中最大的行星,总共有79颗卫星。其中数颗,较为特别,值得我们